CN102172778B

CN102172778B - 单伺服动力刀架

Info

Publication number: CN102172778B
Application number: CN2010106174719A
Authority: CN
Inventors: 刘春时; 马仕龙; 李焱; 徐吉存; 徐兆成; 孔祥志; 尹刚; 郭智春; 张衡; 魏传良
Original assignee: Shenyang Machine Tool (Group) Design Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shenyang Machine Tool (Group) Design Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102172778A

Abstract

本发明涉及数控机床用刀架领域，具体为一种单伺服电机同时驱动刀盘转位和动力刀具的单伺服动力刀架，解决刀架的传动和和动力切换等问题。该单伺服动力刀架设有用于安装刀座的刀盘、刀架箱体、后座盖，在刀架箱体的一端安装后座盖，在刀架箱体另一端依次安装定齿盘和动齿盘，定齿盘和动齿盘的一端伸至刀架箱体内，定齿盘固定在刀架箱体上，可在刀架箱体内转动的动齿盘外端与刀盘相连，在刀架箱体内设置第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴。刀盘转位和刀具驱动工作状态的转换通过液压传动系统控制实现，液压传动系统靠换向阀控制液压流向实现内齿轮与第一轴齿轮的啮合与分离、锁紧齿盘的锁紧与脱离、动力刀具的驱动部分啮合和分离动作。

Description

单伺服动力刀架

技术领域

本发明涉及数控机床用刀架领域，具体为一种单伺服电机同时驱动刀盘转位和动力刀具的单伺服动力刀架。

背景技术

刀架是数控机床的重要功能部件，传统的数控刀架只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削功能。对于能进行车削、钻孔、铣削等加工的车削中心或车铣复合加工机床来讲，除了要求刀架具有转位功能外，还需要有动力刀具的驱动功能。

双伺服动力刀架，如美国专利7,010,839和7,263,915等，刀架转位机构和动力刀驱动机构分别由两台伺服电机驱动。双电机的使用增加了生产成本，也使刀架的体积和重量增大。采用单伺服电机分别驱动刀架转位机构和动力刀可以解决上述问题，但刀架的传动机构和动力切换机构成为重要的技术难点。

数控刀架从实际使用角度来讲，发生撞车或过载现象，会对刀架产生破坏甚至报废，带来巨大的经济损失。

发明内容

本发明提供了一种单伺服动力刀架，解决刀架的传动和和动力切换等问题。

本发明的技术方案：

一种单伺服动力刀架，该单伺服动力刀架设有用于安装刀座的刀盘、刀架箱体、后座盖，在刀架箱体的一端安装后座盖，在刀架箱体另一端依次安装定齿盘和动齿盘，定齿盘和动齿盘的一端伸至刀架箱体内，定齿盘固定在刀架箱体上，可在刀架箱体内转动的动齿盘外端与刀盘相连；在刀架箱体内设置第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴，其中：

第一旋转轴通过滚针轴承连接齿轮套，第一旋转轴上设有动力刀具驱动齿轮、刀盘驱动齿轮；齿轮套外侧套有与齿轮套啮合的内齿轮；

第二旋转轴伸至刀架箱体外，第二旋转轴伸出刀架箱体端设有端面齿轮，第二旋转轴上设有通过齿轮a与动力刀具驱动齿轮相啮合的齿轮b；活塞a通过轴承连接刀具驱动轴，刀具驱动轴的一端设有可与端面齿轮啮合的齿轮c，刀具驱动轴另一端设有可与插入刀盘的刀座相啮合的键；

第三旋转轴的一端通过中间轴与第一旋转轴传动连接，中间轴上设有两个齿轮：齿轮d和齿轮e，齿轮套与中间轴上的齿轮d相啮合，齿轮e与所述第三旋转轴的一端啮合；

第三旋转轴上设有锁紧齿盘，所述定齿盘和动齿盘伸至刀架箱体内的一端设有可与锁紧齿盘相啮合的齿轮。

所述的单伺服动力刀架，端面齿轮通过轴承安装于刀盘内的活塞缸体，沿活塞缸体滑动的活塞a两侧与活塞缸体之间形成两个油腔：油腔a、油腔b。

所述的单伺服动力刀架，沿后座盖滑动的活塞b两侧与后座盖之间形成两个油腔：油腔c、油腔d。

所述的单伺服动力刀架，锁紧齿盘的一端与定齿盘和动齿盘伸至刀架箱体内的一端之间形成油腔e，锁紧齿盘另一端与刀架箱体之间形成油腔f。

所述的单伺服动力刀架，内齿轮外侧连接活塞b带动的拨叉，内齿轮通过拨叉带动，同时与齿轮套和刀盘驱动齿轮啮合。

所述的单伺服动力刀架，动齿盘另一端开槽，其内设有与动齿盘滑动配合的T型块，螺钉a通过T型块固定刀盘在动齿盘上，T型块与动齿盘通过面、面接触连接。

所述的单伺服动力刀架，第一旋转轴通过力矩限制器连接伺服电机。

所述的单伺服动力刀架，第三旋转轴另一端通过螺钉b连接动齿盘。

所述的单伺服动力刀架，锁紧齿盘与刀架箱体相对位置装有弹簧。

本发明的有益效果是：

1、本发明单伺服动力刀架包括刀盘驱动机构，动力刀具驱动机构和液压控制机构，第一旋转轴上套有齿轮套，齿轮套和第一旋转轴间有滚针轴承，内齿轮同时与齿轮套和第一旋转轴上的刀盘驱动齿轮啮合，中间轴上有两齿轮，分别与齿轮套以及第三旋转轴上的齿轮啮合，第三旋转轴靠螺钉与动齿盘和刀盘连接，实现刀盘驱动；中间齿轮同时与第一旋转轴上的刀具驱动齿轮和第二旋转轴上的齿轮啮合，第二旋转轴端部有端面齿轮，提高刀具驱动轴的传动性能，该端面齿轮与刀具驱动轴上的齿轮啮合，实现动力刀具驱动。刀盘转位和刀具驱动工作状态的转换通过液压传动系统控制实现，液压传动系统靠换向阀控制液压流向实现内齿轮与第一轴齿轮的啮合与分离、锁紧齿盘的锁紧与脱离、动力刀具的驱动部分啮合和分离动作。

2、本发明液压传动系统通过改变液压油流向推动活塞，并带动拨叉拨动内齿轮改变第一旋转轴上的刀盘驱动齿轮与内齿轮的啮合与脱离，控制刀盘的转位。

3、本发明第一旋转轴通过力矩限制器与电机相连，在刀架过载时起电机保护的作用。

4、本发明刀盘通过螺钉和T型块与动齿盘相连，在刀架撞车时靠T型块与动齿盘间的相对滑动起保护刀架内部结构的作用，降低过载和撞车对刀架带来的损害。

5、本发明刀具驱动轴通过该轴上的直齿轮与第二旋转轴上的端面齿轮啮合传动。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的液压原理图；

图3是本发明的T型块示意图；

图4是本发明的动齿盘示意图一；

图5是本发明的动齿盘示意图二；

图6是本发明的端面齿轮传动示意图。

图中，1伺服电机；2力矩限制器；3第一旋转轴；3.1动力刀具驱动齿轮；3.2刀盘驱动齿轮；4齿轮a；5第二旋转轴；5.1齿轮b；5.2端面齿轮；6刀具驱动轴；6.1齿轮c；6.2键；7活塞a；7.1油腔a；7.2油腔b；7.3活塞缸体；8活塞b；8.1油腔c；8.2油腔d；9拨叉；10内齿轮；11齿轮套；12中间轴；12.1齿轮d；12.2齿轮e；13第三旋转轴；14锁紧齿盘；14.1油腔e；14.2油腔f；15定齿盘；16动齿盘；16.1面a；16.2开口；17T型块；17.1面b；18刀盘；19刀座；19.1键；20刀架箱体；21后座盖；22螺钉a；23螺钉b；24弹簧；25滚针轴承。

具体实施方式

如图1所示，本发明单伺服动力刀架主要包括用于安装刀座19的刀盘18、刀架箱体20、后座盖21、刀盘转位机构、动力刀具驱动机构和液压传动与控制机构，具体结构如下：

在刀架箱体20的一端安装后座盖21，在刀架箱体20另一端依次安装定齿盘15和动齿盘16，定齿盘15和动齿盘16的一端伸至刀架箱体20内，定齿盘15固定在刀架箱体20上，动齿盘16可在刀架箱体20内转动，动齿盘16外端与刀盘18相连；

在刀架箱体20内设置第一旋转轴3、第二旋转轴5、第三旋转轴13，其中：

第一旋转轴3的一端通过力矩限制器2连接伺服电机1，第一旋转轴3另一端通过滚针轴承25连接齿轮套11，第一旋转轴3上设有动力刀具驱动齿轮3.1、刀盘驱动齿轮3.2；齿轮套11外侧套有与齿轮套11啮合的内齿轮10，内齿轮10外侧连接活塞b 8带动的拨叉9，内齿轮10通过拨叉9带动，同时与齿轮套11和刀盘驱动齿轮3.2啮合，沿后座盖21滑动的活塞b 8两侧与后座盖21之间形成两个油腔：油腔c8.1、油腔d8.2，两个油腔内液压油驱动活塞b 8往复运动；

第二旋转轴5的一端通过轴承安装于后座盖21，第二旋转轴5另一端伸至刀架箱体20外，第二旋转轴5伸出刀架箱体20端设有端面齿轮5.2，第二旋转轴5上设有通过齿轮a 4与动力刀具驱动齿轮3.1相啮合的齿轮b 5.1；

端面齿轮5.2通过轴承安装于刀盘18内的活塞缸体7.3，沿活塞缸体7.3滑动的活塞a 7两侧与活塞缸体7.3之间形成两个油腔：油腔a 7.1、油腔b7.2，两个油腔内液压油驱动活塞a 7往复运动；活塞a 7通过轴承连接刀具驱动轴6，刀具驱动轴6的一端设有可与端面齿轮5.2啮合的齿轮c 6.1(直齿轮)，刀具驱动轴6另一端设有可与插入刀盘18的刀座19相啮合的键6.2；

第三旋转轴13的一端通过中间轴12与第一旋转轴3传动连接，中间轴12上设有两个齿轮：齿轮d 12.1和齿轮e12.2，齿轮套11与中间轴12上的齿轮d 12.1相啮合，齿轮e12.2与所述第三旋转轴13的一端啮合；第三旋转轴13另一端通过螺钉b23连接动齿盘16，第三旋转轴13上设有锁紧齿盘14，锁紧齿盘14的一端与定齿盘15和动齿盘16伸至刀架箱体20内的一端之间形成油腔e14.1，锁紧齿盘14另一端与刀架箱体20之间形成油腔f14.2，油腔e14.1和油腔f14.2可沿刀架箱体20往复运动。

所述定齿盘15和动齿盘16伸至刀架箱体20内的一端设有可与锁紧齿盘14相啮合的齿轮，动齿盘16另一端开槽内设有与动齿盘16滑动配合的T型块17，螺钉a22通过T型块17将刀盘18固定在动齿盘16上，T型块17与动齿盘16通过面、面接触连接，而T型块17通过动齿盘16上的较大开口16.2处装入动齿盘中(图4、5)。

定齿盘15与动齿盘16和锁紧齿盘14构成三齿盘机构，锁紧齿盘14同时与定齿盘15和动齿盘16啮合时，限制动齿盘16转动，对动齿盘16起定位作用；锁紧齿盘14与定齿盘15和动齿盘16脱离啮合时，动齿盘16可带动刀盘18在刀架箱体20内转动，实现刀盘18转位功能。锁紧齿盘14与刀架箱体20相对位置装有弹簧24，刀架在非工作下，即液压系统不提供液压油时，弹簧24的预压力能保证锁紧齿盘14同时与定齿盘15和动齿盘16啮合，限制动齿盘16转动。

刀盘18正常转位工作时，如图3、图4和图5所示，T型块17上的面b17.1与动齿盘16上的面a16.1在螺钉a22的预紧力作用下紧密接触。动齿盘16通过面b17.1与面a16.1间的摩擦力带动T型块17以及刀盘18绕动齿盘16轴线转动，实现刀盘转位。当工作中发生撞车现象时，刀盘18承受扭矩超过T型块17与动齿盘16之间的摩擦扭矩，T型块17与动齿盘16在面b17.1和面a16.1间会产生打滑现象，从而避免撞车时对三齿盘结构以及其他刀架内部结构的破坏。

伺服电机1置于后座盖21后部，伺服电机1通过力矩限制器2与第一旋转轴3相连；当发生过载时，第一旋转轴3上承受的扭矩大于力矩限制器2设置的过载扭矩，力矩限制器2内部结构产生打滑，起到保护伺服电机1的作用。第一旋转轴3上有动力刀具驱动齿轮3.1和刀盘驱动齿轮3.2，分别用于刀具驱动和刀盘转位驱动。第一旋转轴3的端部套有齿轮套11，齿轮套11与第一旋转轴3间通过滚针轴承25连接。齿轮套11与刀盘驱动齿轮3.2相同，内齿轮10与齿轮套11和刀盘驱动齿轮3.2形成配对齿轮。拨叉9安装在活塞b 8上，可拨动内齿轮10沿箭头所示方向移动，实现内齿轮10与刀盘驱动齿轮3.2的啮合与脱离，而内齿轮10与齿轮套11则始终保持啮合状态。

如图1、2所示，液压传动与控制机构通过换向阀控制活塞a 7、活塞b 8和锁紧齿盘14的运动实现刀盘转位和动力刀驱动间转换。换向阀电磁铁a得电，液压油经过换向阀分别流入油腔c8.2、油腔f14.2和油腔b7.2，刀架进入刀盘转位工作状态。活塞杆8带动拨叉9拨动内齿轮10在液压油压力下向图1箭头所示方向的反方向移动，内齿轮10同时与刀盘驱动齿轮3.2和齿轮套11啮合。锁紧齿盘14在液压油压力下沿图1箭头所示方向的反向移动，与动齿盘16和定齿盘15脱离。活塞a 7在液压油压力下沿图1箭头所示方向的反方向移动，带动轴6上的键6.2与刀座19脱离。

换向阀电磁铁b得电，液压油经过换向阀分别流入油腔c8.1、油腔e14.1和油腔a7.1，刀架进入刀具驱动状态。活塞杆8带动拨叉9拨动内齿轮10在液压油压力下沿图1所示箭头方向移动，内齿轮10与刀盘驱动齿轮3.2脱离。锁紧齿盘14在液压油压力下沿图1箭头所示方向移动，与动齿盘16和定齿盘15啮合，锁紧动齿盘，从而定位刀盘18。活塞a 7在液压油压力沿图1箭头所示方向移动，轴6上的齿轮c 6.1与端面齿轮5.2啮合，刀座19与轴6上的键6.2啮合，驱动动力刀具。

如图1所示，刀盘转位机构采用内齿轮与外齿轮啮合、外齿轮啮合传动。伺服电机1通过力矩限制器2带动第一旋转轴3旋转，通过内齿轮10与刀盘驱动齿轮3.2啮合，内齿轮10与齿轮套11啮合，齿轮套11与齿轮d 12.1啮合，齿轮e12.2与第三旋转轴13上的齿轮啮合，带动第三旋转轴13和动齿盘16转动，并通过动齿盘16、T型块17带动刀盘18转位。

如图1所示，驱动刀具机构采用外齿轮啮合、端面齿轮啮合传动。伺服电机1通过力矩限制器2带动第一旋转轴3转动，刀具驱动齿轮3.1与齿轮a 4啮合、齿轮a 4与齿轮b 5.1啮合带动第二旋转轴5转动，第二旋转轴5的端部有端面齿轮5.2，端面齿轮5.2与齿轮c 6.1啮合带动刀具驱动轴6转动，刀具驱动轴6上的键6.2与刀座19上的键19.1啮合，实现动力刀具的驱动。力矩限制器2的应用，当发生切削过载时，力矩限制器2传递扭矩大于限定的打滑扭矩时，力矩限制器2的内部结构产生打滑，并起到保护伺服电机的作用。

如图1、6所示，第二旋转轴5采用端面齿轮5.2与刀具驱动轴6上的齿轮c 6.1啮合传动。端面齿轮传动与锥齿轮传动类似，都可以实现90°交错轴传动，但与锥齿轮相比，端面齿轮转动中，与端面齿轮配对的齿轮为普通直齿圆柱齿轮，直齿轮轴向窜动不影响啮合状态，装配时只有端面齿轮轴向定位精度要求高，装配较锥齿轮容易；传动中不产生轴向力，简化了轴承布置，使整个传动结构变得紧凑；传动重合度高，传动啮合平稳，并可提供较大的传动比，齿轮强度高可传递较大扭矩。

Claims

1.一种单伺服动力刀架，其特征在于：该单伺服动力刀架设有用于安装刀座的刀盘、刀架箱体、后座盖，在刀架箱体的一端安装后座盖，在刀架箱体另一端依次安装定齿盘和动齿盘，定齿盘和动齿盘的一端伸至刀架箱体内，定齿盘固定在刀架箱体上，可在刀架箱体内转动的动齿盘外端与刀盘相连；在刀架箱体内设置第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴，其中：

第二旋转轴伸至刀架箱体外，第二旋转轴伸出刀架箱体端设有端面齿轮，第二旋转轴上设有通过齿轮a与动力刀具驱动齿轮相啮合的齿轮b；活塞a通过轴承连接刀具驱动轴，刀具驱动轴的一端设有可与端面齿轮啮合的齿轮c，刀具驱动轴另一端设有可与插入刀盘的刀座相啮合的键；端面齿轮通过轴承安装于刀盘内的活塞缸体，沿活塞缸体滑动的活塞a两侧与活塞缸体之间形成两个油腔：油腔a、油腔b；

第三旋转轴上设有锁紧齿盘，所述定齿盘和动齿盘伸至刀架箱体内的一端设有可与锁紧齿盘相啮合的齿轮；

锁紧齿盘的一端与定齿盘和动齿盘伸至刀架箱体内的一端之间形成油腔e，锁紧齿盘另一端与刀架箱体之间形成油腔f；动齿盘另一端开槽，其内设有与动齿盘滑动配合的T型块，螺钉a通过T型块固定刀盘在动齿盘上，T型块与动齿盘通过面、面接触连接。

2.按照权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于：后座盖上设有可沿后座盖滑动的活塞b，沿后座盖滑动的活塞b两侧与后座盖之间形成两个油腔：油腔c、油腔d。

3.按照权利要求2所述的单伺服动力刀架，其特征在于：活塞b上安装有拨叉，内齿轮外侧连接活塞b带动的拨叉，内齿轮通过拨叉带动，同时与齿轮套和刀盘驱动齿轮啮合。

4.按照权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于：第一旋转轴通过力矩限制器连接伺服电机。

5.按照权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于：第三旋转轴另一端通过螺钉b连接动齿盘。

6.按照权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于：锁紧齿盘与刀架箱体相对位置装有弹簧。